双层石墨烯，今日Science！

Berry曲率类似于磁场，但在动量空间中，通常存在于具有非平凡量子几何的材料中。它赋予布洛赫电子横向反常速度，即使在没有磁场的情况下也能产生霍尔电流。二维狄拉克材料，如石墨烯和过渡金属二卤化物（TMD），是实现一系列新的拓扑和量子几何响应的特别有吸引力的材料。例如，通过测量石墨烯-氮化硼（BN）超晶格和二硫化钼（MoS₂）中的非局域信号，可以推断出低耗散谷电流。

然而，同样值得注意的是有间隙的双层石墨烯（GBG），它可以在其带边上承载巨大的Berry曲率密度，据预测会产生巨大的反常（或谷选择性）霍尔效应。许多材料的贝里曲率通常被认为是由其晶体结构决定的；相比之下，双层石墨烯中的贝里曲率可以通过调节层间电位进行外部调整，从而为研究贝里曲率驱动的量子几何现象提供了一个多功能旋钮。然而，非局域电阻指纹也被预测来自空间上不均匀的间隙分布，最近的扫描门成像实验发现，石墨烯中的非局域传输信号也可能由于边缘的电荷积累而产生，因此不一定具有体谷霍尔效应起源。

有鉴于此，西班牙巴塞罗那科学技术研究院Frank H. L.Koppens团队报道了原位可调谐谷选择霍尔效应（VSHE）的直接观测，其中电子的反转对称性和几何相位可由面外电场控制。作者使用高质量的双层石墨烯，其固有带隙可调，由圆偏振光照明，并确认观察到的霍尔电压来自光学诱导的谷数。

图1. GBG 中由可调贝里曲率驱动的谷选择性霍尔效应

作者利用圆偏振红外光，利用谷偏振载流子直接探测带隙从0到0.125 eV的双层石墨烯中可调谐VSHE，实现了带隙小的非平凡量子几何材料中的异常(几何)电流的直接探测测量。典型霍尔器件的设计经过优化，用于探测器件的霍尔电压（图1C）。该设备的活动区域为方形，石墨触点放置在相对较远的距离，以避免触点处产生虚假的光电压。该设备安装在光学低温恒温器（设备温度33 K）中，带有聚焦红外光源（光斑大小约25毫米），可在设备表面进行扫描，同时监测纵向（纵向，用xx表示）和横向（垂直，用yy表示）电压。

图2. V_H对激子态和间隙的依赖性

图3. GBG中VSHE的指纹

作者通过探测多个激子峰来研究红外光照明的效果。随着间隙尺寸的增大，多个激子态与入射光子共振，导致带间吸收和光电流峰值增强。光载流子的光激发表现为源漏偏压V_b下的典型光电导特性。光电导性是VSHE的一个基本前提条件，它明显不同于单层和双层石墨烯中观察到的光伏、光电热电和测辐射热效应。通过调谐和载流子密度可以获得SHC的全参数依赖性。

图4. σ_H的演变

参考文献：

Jianbo Yin et al. Tunable and giant valley-selective Halleffect in gapped bilayer graphene. Science 2022, 375, 1398-1402.

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl4266